某型航空發動機風扇組件的精益裝配單元設計

鄭建林，王友濤，付海榮，胡 蘭，趙官哲

（中國航發貴州黎陽航空動力有限公司，貴州貴陽 550014）

部件裝配是航空發動機研制的重要組成部分，是實現部件設計與整機組裝的關鍵樞紐，提升部件裝配效率才能助力加速發動機科研生產步伐。某發動機部裝車間面臨產品“多品種，多部件，小批量”的生產特點，質量事故頻發，技術問題處理周期長，生產任務不均衡，導致整個生產組織管控難度大。精益生產為總結豐田生產經營模式的管理理論，利用杜絕浪費和無間斷的作業流程，而非分批次生產和排隊等候的一種生產方式[1]。精益生產單元已在我國航空航天工業及其他制造業廣泛應用，適應多領域生產并取得良好成效[2-4]。

引用精益生產概念是解決部件裝配生產效率的關鍵突破點。本文以某型發動機風扇組件的裝配為試點對象，運用精益理念，提出精益裝配單元的實施路徑，通過單元設計、布局模擬、運行保障等建立工藝精益化、作業標準化、配送精準化、現場可視化的風扇裝配單元，提升生產效率。

1 風扇組件裝配現狀分析

本文精益裝配單元的建設策略為選擇典型部件，成組性強的一類部件進行精益單元設計，試運行穩定效果良好后進行“以點帶面”復制推廣。綜合考慮航空發動機部件裝配的工藝復雜性，技術成熟度、未來型號需求量等因素，選擇風扇組件進行精益裝配單元的設計。

某型發動機風扇組件主要由前機匣、風扇后支承、風扇轉子與風扇機匣等組成。傳統風扇組件的裝配工藝路線如圖1所示，裝配工序多、工序間流轉過程復雜、裝配周期長、技術難點多，生產組織難度大。

圖1 風扇組件裝備的典型工藝路線

根據長期追蹤風扇組件裝配流程，研究工人走動路線，繪制風扇組件全流程面條圖，可看出風扇組件裝配過程設備分散，工序間需要來回走動領取零件，拿取工裝工具，查找工藝文件，浪費時間，且全流程走動多達1982m。

參照時間觀察、面條圖及現場統計，繪制了風扇組件裝配現狀價值流程，如圖2所示，通過風扇組件高階價值流，將風扇組件的現狀問題進行圖示化展示，總結風扇組件裝配問題，為后續精益單元改善提供改善點及基礎數據。

圖2 風扇組件現狀價值流

2 精益裝配單元設計

2.1 工藝精益化

工藝是生產組織、計劃執行的基礎，對工藝精益化是精益裝配單元必須環節。工藝精益化主要指工藝可視化、標準化及工藝裝備優化。

（1）工藝可視化。當前工藝規程以紙質版為主，文字內容多、指導性差。通過利用部件三維模型結合裝配仿真軟件，將二維紙質三維化。

（2）工藝標準化。在編制工藝規程時、從語言描述，工藝路線規劃對工藝文件進行標準化、規范化。

（3）工藝裝備優化。主要針對專用工裝設備進行優化，如采用自動化螺栓擰緊設備提升風扇組件安裝邊的裝配質量與效率。

2.2 裝配單元平衡

明確部件的生產節拍。生產節拍為顧客的交付需求節拍，即需求節拍=每天可用工作時間/日需求量[5]。風扇組件裝配中，每天可用的工作時間為：計劃工作時間（08:30—17:30），共計540min，除去午餐時間60min，加護休息時間30min，計劃的會議或其他時間30min，總共有效的工作時間420min。若該部件年需求臺次125臺次，根據年工作日250d計算，需求節拍=420/0.5=840min。

確定工位數量。根據工序時間以及部件的裝配流程，計算風扇組件所需的工位數量NT。NT=任務時間總和/節拍。因此，風扇組件裝配的所需工位為3230/840=3.84≈4個。

工位數量確定后，按照裝配順序、裝配流程劃分不同工位的作業內容。按照不可回流、盡可能多的并行作業、均衡操作者的勞動強度的原則，將風扇組件作業內容分配至4個工位，構建裝配網絡，如圖3所示。

圖3 風扇組件裝配網絡圖

工位作業確定后，需考慮生產線平衡問題，消除瓶頸工序，使各工作站的作業時間接近。從各工位的作業內容與時間，可以看出當前每個工位的時間差異較大，生產線依舊處于較不平衡狀態。同時考慮生產過程中采用分工作業加互助協作的形式，實現生產線動態平衡[6]。

2.3 裝配工位布局設計

根據風扇組件的結構特點，重點規劃部裝工位內裝配空間的利用率。以往的裝配工位裝配桌下存放工具，資料柜、工具柜單獨存放，存在大量不必要拿取動作。利用精益思想，合理規劃裝配空間布局，使裝配工位最大限度符合人機工程學，同時在裝配桌上集合通用工具、專用工具、標準作業指導書、MES平臺，消除動作浪費，減少工作走動距離，提高裝配效率。

2.4 物流設計

物流設計主要從產品的物料集件、配送、換件3個流程進行優化設計。

集件方面，現階段存在配套、齊套率差問題，因此需考慮拉動式生產的同時，設計零件配套緩沖區，計劃裝配的部件只有在配套齊全的情況，方可進入精益裝配單元，避免零件不齊進入裝配單元，占用單元資源。

配送方面，以往零件零散配送，零件配套無序擺放。根據零件的裝配順序，制作專用的零件行跡配套板，既可以縮短裝配過程中零件尋找時間，又可以有效防止零件錯、漏裝。

換件方面，圍繞單元建立線邊物流，將生產線周邊區域分為在制品物料區、半成品區和待提交區等，節省物流的時間和空間，設置易損件、選配件線邊庫，縮短工人補料、選配件領取時間。

3 精益單元運行

同時在選定的位置，進行1∶1的3P模擬，模擬風扇組件的運輸方案及路線、產品及部件的生產流程、工作站位、工裝夾具的放置位置等。通過3P模擬，發現工藝布局配置不合理處，通過現場觀察以及改進，得到最終的布局，如圖4所示。

圖4 風扇組件布局設計示意圖

通過風扇組件精益單元建設，改變傳統部裝粗放的裝配生產組織管理模式，部裝的裝配能力和精益生產有所提升。部分實現了工藝結構化，作業標準化、配送精準化、現場可視化。部件裝配周期、物料配套準確性和勞動強度得到了改善。風扇裝配單元目標實現情況見表1和表2，同時SQDP指標得到明顯改善。

表1 改善后目標匯總

表2 指標改善表

4 總結

本文通過針對風扇組件精益裝配單元建設實踐，探索出了一條精益單元化生產線建設可行的實施路徑。通過工藝標準化、裝配單元優化布局、改善物流和信息流，均衡生產、合理排產等措施，既保證了風扇組件裝配產能需求，保障風扇組件裝配質量，同時縮短了裝配周期，提高了產能，改善了工作環境。風扇組件精益裝配單元的設計建設為某型國產發動機大批量生產打下了堅實基礎，也為其他國產航空發動機部件精益裝配建設提供了有益的參考。